光致变色因为可以给人眼特殊的视觉刺激并可以达到防伪功能,成为防伪材料的良好选择,稀土上转换发光材料具有低毒、荧光寿命长、光稳定性好、发光光谱带窄、无生物自体荧光干扰、反斯托克斯位移大、光渗透深度强等优势,在生物医学、太阳能电池、固体激光器、传感器、三维显示、活体成像、防伪等领域具有广阔的应用前景,被认为是最具潜力的光致发光材料之一。为了拓展上转换材料在包装领域的应用,论文结合凹版印刷将其配制成上转换荧光油墨来实现防伪,荧光防伪元素多表现为半色调单一颜色印刷,因此,针对稀土上转换发光油墨的色彩特性与全彩成像成为本研究重点工作。本文从上转换发光材料出发,为了拓展该材料在包装领域的应用,将其制备成发光强度高、分散均匀、印刷适性好、附着力强的水性上转换荧光油墨,分析了三基色上转换荧光油墨的发光性能和发光强度;并对三基色荧光油墨的多色复制进行探索,系统地讨论了网点排列、纸张特性、激发光功率、叠印色序、网点面积率对荧光油墨发光性能的影响;最后通过建立光谱预测模型和基于网点扩大的半色调加网算法并结合凹版印刷技术,实现全彩色荧光图像在包装防伪领域的应用。首先,利用水热法合成水性聚氨酯包覆的β-Na YF₄上转换荧光发光材料,并结合凹版印刷工艺,将其制备为水性凹印上转换荧光发光油墨,进而研究三基色荧光油墨的显色性能、凹印油墨印刷适应性以及实地印品的质量。据考证,三基色上转换发光材料在水性聚氨酯体系中具有良好的分散性并且不影响三基色上转换材料的发光效果,除此之外,油墨具有良好的附着性,能够满足凹版印刷的需求。其次,对三基色上转换荧光油墨的多色复制及色彩控制进行探索,系统地讨论了网点排列、激发光功率、纸张特性、叠印色序、网点面积率对上转换荧光油墨阶调再现性能的影响。结果表明,上转换荧光油墨不同于下转换材料,不存在荧光淬灭现象,但墨层叠加的情况下会产生网点扩大进而削弱荧光发光的效果;激发光功率与三基色荧光油墨发光强度呈线性关系;纸张表面光滑有利于荧光油墨发光;叠印色块的上转换荧光光谱并非相应基色荧光油墨荧光发射光谱的直接加和,另外,印刷色序的改变会对多色荧光发射的综合表现产生较大的影响。接下来,为了实现高效的多色复制,获得理想效果的全彩上转换荧光图像,采用上述三基色上转换荧光油墨,基于色光加色法成像原理,理论上可以获得荧光彩图。荧光光谱预测模型旨在建立荧光油墨网点面积率和荧光发射光谱之间的关系,根据输入的色度值预测相应的光谱输出,本文采用主成分分析的方法,建立了荧光光谱预测模型。结果表明,使用该模型重建的荧光发射光谱与对应测量样本的荧光发射光谱高度吻合。最后,基于调幅加网算法,引入周期性函数对网点扩大进行改进,并采用凹版印刷技术对荧光彩色图像在防伪包装上的应用做出探索设计。结果表明,优化后的半色调算法对改进荧光发射光效果具有积极影响,荧光彩色图像在防伪包装上的应用潜力巨大,色彩复现效果好,提高了荧光防伪产品的品质,有着良好的市场前景。